автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование методов повышения жесткости и устойчивости рамных и ленточных пил

На правах рукописи

ЛОБАНОВА ИРИНА СТАНИСЛАВОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ РАМНЫХ И ЛЕНТОЧНЫХ ПИЛ

Специальность 05.21.05 - «Древесиноведение; технология

и оборудование деревообработки»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 2004

Работа выполнена в Архангельском государственном техническом университете.

Научный руководитель: Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Прокофьев Г. Ф. доктор технических наук, профессор Малыгин В.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Турушев В.Г. канд. технических наук, доцент Королев И.Ю.

Ведущая организация:

ОАО «Научдревпром - ЦНИИМОД»

Защита состоится 2 июня 2004 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.01 в Архангельском государственном техническом университете (наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 228).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного сов< кандидат технических наук, доцент

Земцовский А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Перед лесопильной промышленностью стоит задача интенсификации технологических процессов, которая определяется повышением производительности лесопильных станков, выхода и качества пиломатериалов, надежности режущего инструмента и снижения энергопотребления. Одним из основных ограничений производительности лесопильных рам и ленточнопильных станков является точность пиления. Она во многом определяется силами, действующими на пилы в процессе пиления древесины и способности пил противодействовать этим силам, то есть сохранять жесткость, устойчивость и работоспособность. Большое значение имеет правильная подготовка инструмента, составной частью которой является создание внутреннего напряженного состояния в полотне пилы. Благоприятно распределенные в полотне пилы внутренние напряжения повышают жесткость и устойчивость полосовых пил. Поэтому научная работа, направленная на совершенствование методов повышения жесткости и устойчивости рамных и ленточных пил, является актуальной. Цель работы - совершенствование методов повышения жесткости и устойчивости ленточных и рамных пил с учетом их начального напряженного с остояния.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

1. Оценить влияние различных условий закрепления (жесткое защемление и шарнирное опирание концов полотна пилы) на начальную жесткость ленточных и рамных пил; оценить погрешность приближенных методов расчета начальной жесткости.

2. Определить оптимальный характер распределения внутренних напряжений в полотне пилы с точки зрения повышения жесткости и устойчивости полосовых пил.

3. Разработать методику расчета критических напряжений, при которых происходит потеря устойчивости плоской формы равновесия полотна пилы и определить предельные напряжения в полотне пилы.

4. Разработать методику расчета оптимального радиуса изгиба полосовой пилы для оценки начального напряженного состояния полотна пилы по величине световой щели; определить величины световой щели, соответствующие предельным начальным напряжениям в полотне пилы.

5. Разработать комплексную модель расчета жесткости полосовых пил, учитывающую установку направляющих; начальное напряженное состояние; эксцентриситет силы натяжения; составляющие силы резания; исследовать влияние величины выставки односторонних направляющих на жесткость ленточных пил.

6. Провести экспериментальные исследования для проверки основных теоретических положений, достоверности разработанных математических моделей.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием теории стержней и тонких пластин, теории дифференциальных уравнений, метода конечных элементов; расчеты выполнялись с использованием программных комплексов MapleV 6, ANSYS v. 5.5.3 ED. Экспериментальные исследования для проверки достоверности разработанных математических моделей выполнены на специально созданных экспериментальных установках. Научная новизна работы.

1. Проведен анализ влияния условий закрепления полотна пилы на расчетную жесткость полосовой пилы; произведена оценка точности существующих приближенных методов расчета начальной жесткости полотен пил; получены расчетные зависимости жесткости с учетом характера распределения начальных напряжений в полотне пилы.

2. Определен оптимальный характер распределения внутренних напряжений в поперечном сечении пилы с точки зрения повышения собственной

жесткости полотна; теоретически исследовано влияние ширины следа вальцевания, числа следов и эксцентриситета следов вальцевания на жесткость и устойчивость ленточных и рамных пил; разработана методика расчета критических напряжений сжатия, при которых полотно пилы теряет устойчивость плоской формы равновесия.

3. Рассчитаны значения оптимальных радиусов изгиба полотен пил, при которых величина световой щели наибольшая: Определены предельные значения величины световой щели и ее форма при изгибе пилы по оптимальному радиусу из условий сохранения плоской формы равновесия полотна.

4. Разработаны модели расчета жесткости полосовых пил при различных условиях закрепления полотна в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости; с учетом установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения, внутреннего напряженного состояния, действия боковой и нормальной силы, распределенными по высоте пропила.

5. Получены расчетные зависимости величины выставки отжимных направляющих ленточных пил с учетом точности пиления.

6. Разработан и научно обоснован жесткостной метод оценки начального напряженного состояния рамных пил при подготовке полотен пил.

На защиту выносятся:

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований жесткости и устойчивости ленточных и рамных пил с учетом их начального напряженного состояния.

• Методики расчета собственной жесткости и устойчивости полосовых пил с учетом начального напряженного состояния.

• Модель расчета жесткости полосовых пил при различных условиях закрепления полотна пилы и установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения, внутреннего напряженного состояния, действия распределенных составляющих силы резания.

• Разработка и научное обоснование способа оценки начального напряженного состояния рамных пил при подготовке полотен пил, основанного на изменении жесткости на кручение пильного полотна при создании в нем внутренних напряжений. Практическая значимость. Проведенные исследования позволили разработать и обосновать жесткостной метод оценки степени вальцевания рамных пил; получить расчетные зависимости начальной жесткости полотна пилы с учетом начального напряженного состояния для различных условий закрепления полотна пилы; получить предельные значения величины световой щели при изгибе полотна пилы в плоскости наименьшей жесткости; уточнить рекомендации по выбору величины радиуса изгиба полотна пилы при оценке степени вальцевания по величине световой щели; разработать методику расчета необходимой величины выставки отжимных направляющих с учетом требуемой точности пиления.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ и Севмашвтуза (г. Архангельск, г. Северодвинск, 2002-2004г.).

Публикации. Результаты исследований отражены в 7 печатных работах. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем работы содержит 145 страниц машинописного текста, включает 53 рисунка, 28 таблиц, список литературы из 78 наименований.

Основное содержание работы Введение содержит обоснование поставленной темы и краткую аннотацию проделанной работы.

В первой главе дан анализ современного состояния изучаемого вопроса, определены цель и задачи исследования.

Исследованием начального напряженного состояния рамных и ленточных пил, анализом их жесткости и устойчивости занимались А.Э.

Грубе, Р.В. Дерягин, Г.Ф. Прокофьев, А.Е. Феоктистов, И.П. Остроумов, А.А. Настенко, В.И. Юрьев, В.И. Веселков, A.M. Кузнецов, А.В. Брюквин, П.И. Лапин, Е. Барц (Германия), Е. Банковский (Польша), Б. Тунелл (Швеция), Е.Вюстер (Австрия) и другие. Напряженное состояние пильных полотен в целом принято характеризовать величиной световой щели f при изгибе полотна пилы в поскости наименьшей жесткости. В настоящее время известны три способа оценки начального напряженного состояния: частотный метод; жесткостной, основанный на измерении приращения жесткости на кручение (Прокофьев Г.Ф.); оценка начального напряженного состояния по величине световой щели - наиболее распространенный метод, используемый на практике. Основным способом создания начального напряженного состояния в полотне пилы является вальцевание. По данным А.Э. Грубе начальная жесткость полотна пилы в результате вальцевания увеличивается в среднем на 20-30%, по данным Г.Ф. Прокофьева на 22-23%, по данным П.И.Лапина на 24% при одинаковой силе натяжения, ширине и длине полотна. Дерягиным Р.В. указывается, что величина напряжений от вальцевания ограничивается устойчивостью плоской формы равновесия полотен пил и зависит от толщины, ширины и длины полотна. Отмечено, что потеря устойчивости пил при вальцевании их в средней (по ширине) части происходит только по изгибной форме. Границы оптимальной зоны вальцевания составляют О,ЗЬ от линии впадин зубьев и задней кромки пилы до осей симметрии ближайших к ним следов. В работах Веселкова В.И. и Дерягина Р.В. соответственно для ленточных и рамных пил экспериментально определены напряжения растяжения на кромках полотна пилы, при которых происходит переход полотен в критическое состояние, и соответствующие им критические значения величины световой щели. В работах Феоктистова А.Е. при сравнении различных способов вальцевания (вальцевание на конус, симметричное вальцевание и смешанное вальцевание) делается вывод, что наиболее оптимальным является смешанное вальцевание. В работе Брюквина А.В. в качестве оптимального

распределения предложено распределение начальных напряжений по параболическому закону. В работах Прокофьева Г.Ф., Хасдана С.М., Дерягина Р.В., Орлова М.Н., Колобова В.Д., Юрченко С.К. отмечается влияние эксцентриситета линии натяжения на жесткость и устойчивость пил, следовательно, и на точность пиления.

Жесткость полосовых (ленточных и рамных) пил является одним из основных. факторов повышения производительности и качества пиления лесоматериалов. Существующие у Прокофьева Г.Ф., Брюквина А.В., Хасдана С.М. зависимости начальной жесткости, полученные приближенным методом, рассматривают полосовую пилу как стержень тонкого прямоугольного сечения, хотя во многих случаях реальные соотношения размеров (ширины полотна пилы к расстоянию между опорами) полосовых, особенно ленточных пил, не полностью соответствуют классическому определению стержня. Кроме того, в некоторых случаях реальные условия закрепления пилы значительно отличаются от условий шарнирного опирания, например, при закреплении рамной пилы межпильными прокладками. Такой подход приводит к завышению расчетной жесткости пилы по сравнению с реальной, особенно для тонких пил и пил с малым отношением свободной длины и ширины. Поэтому необходимо оценить погрешность применения стержневых моделей расчета жесткости полотен пил, а также определить погрешность приближенных методов расчета начальной жесткости.

В результате анализа проведенных ранее исследований сделан вывод, что- теоретически- многие вопросы изучены недостаточно полно, следовательно, необходимо разработать математические модели, позволяющие рассчитывать жесткость полотен пил с учетом начального напряженного состояния, действия боковой и нормальной составляющих силы резания; а также определять критические напряжения в полотне пилы. Определены цель и задачи исследования.

Во второй главе приведена методика расчета начальной жесткости на основе стержневой модели (рис.1) при различных условиях закрепления: шарнирное опирание и жесткое защемление полотна. Проведен анализ влияния условий закрепления на расчетные значения жесткости, в том числе с учетом начального напряженного состояния и стесненности кручения. Определено теоретическое оптимальное распределение внутренних напряжений в полотне пилы с учетом повышения жесткости полотна. На основании анализа результатов исследований и аналитических решений дифференциальных уравнений, описывающих прогибы натянутой полосовой пилы, получены формулы расчета начальной жесткости для практически важного случая приложения нагрузки посередине свободной длины полотна пилы, с учетом начального напряженного состояния:

а) для шарнирно-опертой на концах пилы

б) для жестко защемленной на концах пилы

или:

толщина полотна, мм; Е - модуль упругости, МП а ; С - модуль сдвига, МП а ;

1Х = 5 -Ь/12 - момент инерции сечения полотна относительно оси Z;

• г2 • (¡г, - приведенный момент инерции на кручение

поперечного сечения полотна пилы, учитывающий влияние напряжений вальцевания а(г), где и(г) - распределение остаточных напряжений вальцевания по ширине поперечного сечения полотна пилы, МПа;

момент инерции поперечного сечения полотна пилы при

свободном кручении; г2 = — = ——— « —

квадрат радиуса инерции

поперечного сечения полотна, - соответственно полярный и осевые

моменты инерции, Ж - площадь сечения полотна пилы.

Погрешность применения полученных формул (1-3) для реальных параметров ленточных и рамных пил при сравнении с расчетами по теории пластин не превысила 12%.

Анализ выражений (1,2) показал, что замена защемления концов полосовой пилы на шарнирное опирание приводит к относительному уменьшению расчетной жесткости, которое определяется величинами:

Жесткость сечения вальцованной пилы на кручение (без учета стесненности) может быть выражена:

*'-Ъ ьп

С„=с+с =-

-ыг

где: - жесткость на кручение невальцованной пилы; дополнительная жесткость на кручение за счет вальцевания пилы. При выполнении условий

Ы2

ыг

распределение напряжений должно доставлять максимум функционалу:

что и обеспечивает максимальное увеличение начальной жесткости пилы на кручение. Оптимальное, с точки зрения повышения крутильной жесткости, распределение напряжений при симметричном вальцевании имеет вид:

Дополнительная жесткость на кручение, возникающая при данном распределении начальных напряжений:

С. =-

12

Ъ-с

При несимметричном вальцевании по нескольким следам дополнительная жесткость на кручение от вальцевания может быть рассчитана по формуле:

Ъ'-с] 1

---—гс1 I, где с,- ширина ¡- го следа, 2Ы — расстояние

от г - го следа до продольной оси полотна пилы, о"с|- — напряжения сжатия, действующие в том следе вальцевания.

Симметричным вальцеванием можно существенно повысить собственную жесткость полотна пилы на кручение, даже при относительно малых остаточных напряжениях вальцевания. Это означает, что степень вальцевания, которая оценивается обычно по величине световой щели, может быть оценена измерением и последующим сравнением собственной жесткости на кручение невальцованной и вальцованной пилы. На этой основе предложен и научно обоснован жесткостной способ оценки степени вальцевания полосовых пил.

В третьей главе разработана методика оценки устойчивости плоской формы равновесия полосовых пил от начального напряженного состояния с учетом нескольких следов вальцевания при симметричной и несимметричной эпюре распределения остаточных напряжений. Полотно пилы рассмотрено как тонкая жесткая пластинка. Проведен расчет критических напряжений в зависимости от числа следов вальцевания; исследовано влияние эксцентриситета следов вальцевания на устойчивость плоской формы равновесия полосовых пил. Уравнение устойчивости:

„г д'ю д2у*>

цилиндрическая жесткость пластинки, V + - оператор Лапласа,

- коэффициент Пуассона, - нормальные усилия, - касательное

усилие.

Критическому состоянию (потере плоской формы равновесия) соответствует условие равенства потенциальной энергии изгиба и работы внутренних сил: 11-Ш=0. С учетом ах=0,1=0 получим:

Граничные условия: тЛ х^=0,

дх2

3^1

- свободная

& I

длина полотна пилы. Функция, аппроксимирующая изгиб срединной поверхности вальцованной пилы при потере плоской формы равновесия:

м>=а+В, со^В2 йф+Л, со^ув, »Щ+В, со^У*^

где - произвольные константы. При наличии нескольких следов вальцевания изгибающий момент сил в общем виде (ьчисло следов.

я

вальцевания):

где - толщина пилы, мм;

ширина следа вальцевания, мм; 2< - расстояние от начала координат до оси /того следа вальцевания, 1=1...п; п - число следов вальцевания, <гс и а напряжения сжатия и растяжения в полотне пилы, МПа. Для обеспечения

1 1,2 1,4 1.6 1,8 2 2,2 100 120 140 160 180

Рис.2. Значения напряжений растяжения Рис.3. Значения напряжений растяжения

на кромках пилы в зависимости от на кромках пилы в зависимости от

толщины пилы для пил шириной: I -100 ширины пилы для пил толщиной: I - 1,0

мм, 11-140 мм, 111-180 мм. мм, 11-1,2 мм, 111-1,6 мм.

необходимой точности (погрешность не более 5 %) необходимо удерживать

не менее 6-ти членов ряда. На рис.2 и рис.3, показаны значения напряжений

растяжения на кромках пилы, соответствующие критическим напряжения

сжатия при ширине следа вальцевания 10 мм в зависимости от толщины и

ширины полотна пилы. В таблице 1 представлены критические напряжения

сжатия (в числителе)/напряжения растяжения (в знаменателе) в зависимости

от толщины полотна пилы 5 и ширины следа вальцевания с при постоянной

ширине пилы 160 мм и свободной длине 1100 мм.

Таблица 1.

Значения критических напряжений сжатия/напряжений растяжения в зависимости от толщины полотна пилы 5 и ширины следа вальцевания с при постоянной ширине пилы 160 мм и свободной длине 1100 мм, Е=200000 МПа._

с, мм

ММ 5 10 15 20 30 40 50 60

1,0 508/16 235/16 160/16,5 117/16,8 71/17 54/18 32/19 30/20,3

1Л таг 338/22,6 220/22,7 161/22,9 103/23,7 74/24,7 57/26 46/28

1,6 1238/40 602/40,1 391/40,4 286/40,9 182/42,1 132/43,9 102/47 83/50

2,0 1935/62,4 940/62,7 611/63,2 447/63,8 285/66 206/68,6 160/73 129/77

2,2 3248/75,5 1138/76 739/76,5 541/77,3 345/79,7 249/83,1 193/88 156/94

2,5 3023/97,5 1470/98 954/98,7 698/99,8 446/103 321/107 249/113 201/121

Потеря устойчивости полотна плоской формы равновесия при относительном

смещении (эксцентриситете) центрального следа вальцевания от оси в

сторону зубчатой кромки на величину не зависит от ширины следов вальцевания и их числа, от толщины пилы и слабо зависит от ширины пилы. С увеличением числа следов постоянной ширины критические напряжения сжатия падают, а напряжения растяжения на кромках пилы растут, с увеличением числа следов при одновременном уменьшении их ширины и действии на одной и той же площади критические напряжения сжатия растут, растут также напряжения растяжения на кромках пилы. Это обусловлено в первую очередь тем, что при уменьшении ширины следа критическое напряжение резко возрастает. То есть нанесение большего числа узких следов по сравнению с малым числом широких более благоприятно для полотна пилы с учетом повышения напряжений растяжения на кромках полотна. Разработанная методика позволяет рассчитывать критические напряжения для любых геометрических размеров пил и для любых режимов вальцевания.

В четвертой главе разработана методика расчета формы световой щели при изгибе полотна пилы в плоскости наименьшей жесткости при различных условиях вальцевания полотна; приведена методика расчета оптимального радиуса изгиба полосовых пил. Оптимальным назван радиус изгиба полотна полосовой пилы в плоскости наименьшей жесткости, при котором величина световой щели /достигает наибольшего значения. Установлено, что величина оптимального радиуса не зависит от распределения начальных напряжений в полотне пилы, а зависит только от размеров поперечного сечения полотна. Определены предельно допустимые значения величины световой щели для различных типоразмеров полотен пил при изгибе их в плоскости наименьшей жесткости по оптимальному радиусу. Уравнение, описывающее форму поперечного сечения полотна, имеет вид:

•+-\г г -У(г) = 0(2)- —

Л г

где ф)

функция,

описывающая распределение остаточных напряжений в полотне пилы, Я -радиус изгиба полотна пилы в плоскости наименьшей жесткости, у(г) -решение уравнения, описывающее форму поперечного сечения полотна пилы. На рис.4 и рис.5 показаны зависимости величины оптимального радиуса Я от ширины Ь и толщины 5 ленточных пил.

Рис.4. Зависимость оптимального радиуса изгиба пилы от ее толщины для следующих ширин полотен: 1 - Ь=100 мм, 2 - Ь=120 мм, 3 - Ь=140 мм.

Рис.5. Зависимость оптимального радиуса изгиба пилы от ее ширины для следующих толщин полотен: 1- 5=1,0 мм, 2 - 5=1,2 мм, 3 - 5=1,4 мм.

В таблице представлены значения оптимального радиуса Я (мм) при различных значениях ширины и толщины полотна пилы.

Таблица 3.

Значения оптимального радиуса Я (мм) при различных значениях ширины и толщины пилы.

л, мм Ь, мм

120 140 150 160 200'

1,0 2150 3000 3400 4000 6000

1,6 1400 1850 2150 •• 2400 3700

2,2 1050 1400 1600 1800 2700

2,5 1000 1250 1400 1600 2400

Установлено, что величина оптимального радиуса изгиба полотна пилы не зависит от начального напряженного состояния (степени вальцевания) полотна пилы, то есть остается неизменной при изменении усилия вальцевания, ширины следа, а также числа следов вальцевания. Так как абсолютное значение стрелы прогиба при оптимальном радиусе изгиба пилы увеличивается, то рекомендуется контроль напряженного состояния

полотна пилы производить при изгибе пилы по радиусу, равному или близкому к оптимальному, при этом уменьшается относительное влияние ошибок измерений, связанных с дефектами формы полотна пилы и погрешностями измерения. Рассчитанные значения предельных величин световой щели для различных типоразмеров пил при напряжении сжатия, равном в зоне вальцевания при оптимальном радиусе

изгиба полотна пилы Л представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Значения предельных величин световой щели при напряжении сжатия £7 ^ = 0,85(7°

£ мм 1,0 1.2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,5

6, мм 160 140 180 200

'мм 4000 3000 2600 2400 2200 2000 1800 1250 2000 2400

}, м- 0,33 0,40 0,47 0,54 0,60 0,67 0,73 0,84

Ь, мм 100 120 120 120 180 200 230 280 180

1,0 1,4 1,6 1,8 1,6 2,0

Л, мм 1У)0 1800 1800 1800 4000 1600 5000 6000 3000 2500

/мм 1 0,33 0,47 0,57 0,65 0,55 0,68

Результаты расчетов показали, что предельная величина световой щели при изгибе по оптимальному радиусу полотна пилы зависит в основном от толщины пиль и практически не зависит от ширины. Кроме того, установлено, что для ленточных пил увеличение эксцентриситета следов вальцевания более приводит к недопустимой форме световой щели при изгибе полотна пилы по радиусу шкива. Экспериментальная проверка величины оптимального радиуса изгиба пил на специально разработанной установке подтвердила получение расчетные данные.

В пятой главе представлены модели расчета жесткости полосовых пил на основе теории тонких пластин при различных условиях закрепления полотна и установки направляющих; эксцентриситета силы натяжения; внутреннего напряженного состояния; действия боковой и нормальной сил, распределенными по ширине пропила. Оценено влияние условий закрепления полотна на жесткость пилы. Произведена оценка погрешности

расчетов начальной жесткости по стержневой модели. Установлено, что зависимость жесткости полотна пилы от нормальной составляющей силы резания имеет характер, близкий к линейному. Проведены экспериментальные исследования на специально разработанной опытной установке по оценке степени начального напряженного состояния полотна пилы жесткостным методом. Погрешность результатов экспериментальных и теоретических исследований не превышает 12%.

Расчетная схема нагружения

пилы с выбранной системой

координат представлена на рис.6. На

рис.7 показаны два варианта

закрепления пилы в плоскости

наименьшей жесткости: вариант а -

шарнирного закрепления,

соответствующий случаю

Рис.6. Расчетная схема нагружения односторонних отжимных

полотна пилы.

Рис.7. Закрепление полотна пилы в плоскости наименьшей жесткости:

а) шарнирное закрепление;

б) жесткая заделка.

Рис.8. Закрепление полотна пилы в плоскости наибольшей жесткости:

а) шарнирное закрепление;

б) жесткая заделка.

направляющих; вариант б - защемления, соответствующий случаю двухсторонних направляющих (установленных без зазора или с очень малым зазором). На рис.8 представлены два варианта закрепления полотна пилы в плоскости наибольшей жесткости: а - шарнирное закрепление; б-

жесткая заделка. Для определения функции прогибов полотна использован энергетический метод. В случае защемления полотна пилы в плоскости (рис.7б) составляющие полной энергии

будут:

потенциальная энергия изгиба полотна пилы как пластинки;

Л" Ь/2

V— I I

В -Ь/2

.дх) \ду)

да ду

- работа напряжений,

действующих в плоскости полотна пилы до изгиба;

Ь/2

- работа силы

В случае шарнирного закрепления пилы в плоскости ХОХ (рис.7а) выражение составляющих полной энергии будет отличаться от (6) наличием дополнительного слагаемого в потенциальной энергии:

где

расстояние между

направляющей и опорой, - момент инерции поперечного сечения

пилы относительно оси У. Напряжения сгх(х,у) вдоль оси стержня

- напряжения от

растягивающей силы , приложенной с эксцентриситетом -

напряжения от вальцевания; - нормальные напряжения

изгиба пилы в плоскости вызванные действием силы

изгибающий момент, вызванный действием силы параметр

продольного изгиба, приближенно учитывающий влияние растягивающей силы на напряжения и деформации изгиба. Функция прогибов полотна пилы представлена в виде произведения полиномов по переменным и

где

полином, удовлетворяющий кинематическим граничным условиям.

Сравнением с расчетами, выполненными по методу конечных элементов, установлено, что при выборе а(х,у) в виде ограниченного ряда с к = 5, 1 = 5 погрешность в определении максимального прогиба пилы по данной методике не превышает 6,5% в широком интервале варьирования параметров модели:

На рис.9 показаны значения жесткости

вальцованной рамной пилы .5=2,2 мм, ¿=160 мм, 1=1400

мм, Н,

- при

эксцентриситете силы

натяжения, равном 0,2; II -без эксцентриситета силы натяжения; сплошная линия -принято двустороннее

защемление, штриховая- шарнирное опирание.

Анализ результатов расчетов статической жесткости, выполненный по стержневой и пластинчатой модели, позволил установить следующие зависимости: относительная погрешность в определении жесткости полосовых пил по стержневой модели растет с уменьшением толщины пилы;

О 1000 2000 3000 4000 р ^

Рис.9. Зависимость жесткости рамной пилы ¿>х$=160x2,2 мм от горизонтальной составляющей силы резания: I —3=0,2, II — э=0; сплошная линия -принято двустороннее защемление, штриховая -шарнирное опирание.

с увеличением натяжения пилы; с увеличением отношения Ь/1; при приложении к пиле нормальной нагрузки др„ Кроме того, погрешность

зависит от длины по которой распределена боковая сила Q, при этом

наибольшая погрешность получается при сосредоточенной боковой силе. Способ закрепления полотна пилы в плоскости наименьшей жесткости оказывает гораздо меньшее влияние на ее статическую жесткость, чем это получается по стержневой модели. Значения углов поворота сечения на режущей кромке, вычисленные по стержневой модели, больше в 1,72 раза. Угол поворота режущей кромки может опосредованно влиять на деформацию пилы через изменение составляющих силы резания. Влияние эксцентриситета силы натяжения и влияние вальцевания на жесткость оценивается примерно одинаково по стержневой и пластинчатой модели.

Исследовано влияние эксцентриситета силы натяжения рамной пилы на рабочую жесткость полотна пилы. По результатам расчетов с применением различных моделей сделан вывод о том, что величина эксцентриситета, при котором достигается наибольшая рабочая жесткость пилы, не зависит от принятых в модели условий закрепления и геометрических размеров полотна пилы, а зависит от степени вальцевания и

величины нормальной составляющей силы

п

Рис.10. Расчетная схема нагружения полотна пилы.

выставки отжимных направляющих на жесткость ленточной пилы в боковом

резания.

направлении проведены расчеты моделей пил по МКЭ (метод конечных элементов)

с использованием программного комплекса ANSYS v. 5.5.3 ED. Ленточная

пила моделировалась оболочечными

Для оценки влияния величины

элементами как тонкая пластинка,

имеющая изгибную и мембранную жесткости. При моделировании пил на отжимных направляющих использовались конечные элементы, позволяющие учесть контактный характер взаимодействия- между пилой и направляющими. Общая расчетная схема полотна (рис.10) ленточной пилы представляет собой прямоугольную пластинку толщиной л, шириной Ь и длиной шарнирно закрепленную по коротким сторонам (модель

закрепления полотна пилы на шкивах). Оценена величина силы отжима направляющих возникающая при смещении боковое смещение и боковая жесткость в точке приложения силы Произведены расчеты жесткости полотен пил, нагруженных нормальной силой приложенной к кромке пилы посередине между направляющими.

По результатам выполненных исследований установлено (рис.11), что

до определенного предельного бокового отклонения у^ жесткость ленточной пилы с отжимными

Рис. 11. Зависимость жесткости] в прямом (на направляющие) - направляющими сплошная линия и обратном направлении (от направляющих) -

штриховая линия в зависимости от Q для ленточной пилы при приложении 6=160 мм, 1=1,2 мм, 1=2400 мм, /=600 мм, //=19200 Н, Л=5мм Р„=108 Н: I - Ря=0 Н, II - Р„=300 Н, III - Р„ =500 Н.

боковой силы

с разных сторон полотна пилы не зависит от величины выставки направляющих предельная величина бокового отклонения пилы не зависит от режимов пиления. На основе анализа полученных результатов выведена формула для определения величины предельного отклонения у^, при котором происходит потеря контакта полотна пилы с направляющими. Необходимая с учетом точности пиления выставка направляющих может

быть рассчитана по формуле

чн

У пред *

Выводы и рекомендации На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы.

1. Разработаны математические модели полосовых пил, позволяющие рассчитывать жесткость пильных полотен с учетом начального напряженного состояния, установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения пилы, рабочих нагрузок от сил резания.

2. На основании аналитических решений дифференциальных уравнений получены расчетные зависимости начальной жесткости при различных условиях закрепления, с учетом начального напряженного состояния; установлено, что при относительно малых свободных длинах (менее 500 мм) и силах натяжения (менее 5 кН) или при относительно большой толщине и ширине полосовых пил различие в значениях начальной жесткости при защемлении концов пилы и их шарнирном опирании может достигать 20 % и более.

3. Оценена погрешность применения стержневой модели при расчете начальной жесткости полотен пил на основе теории пластин; погрешность может составлять до 20 % в сторону завышения начальной жесткости.

4. Максимальное повышение собственной жесткости пилы в поперечном сечении полотна достигается при оптимальном распределении внутренних напряжений (гл.2); при этом наибольший эффект от создания остаточных напряжений достигается при малых натяжениях и малых свободных длинах пил.

5. Разработан, научно обоснован и экспериментально проверен способ оценки начального напряженного состояния рамных пил, основанный на изменении жесткости на кручение пильного полотна при создании в нем внутренних напряжений; даны рекомендации по его применению.

6. Получены значения критических напряжений сжатия и соответствующих им напряжений растяжения на кромках пилы, при

которых пила теряет устойчивость плоской формы равновесия; определены предельные значения начальных напряжений, при которых достигается наибольшая жесткость полотна пилы при различных условиях распределения начальных напряжений; рассчитаны значения предельно допустимой величины световой щели при изгибе

полотна пилы в плоскости наименьшей жесткости по оптимальному радиусу.

7. Даны рекомендации по выбору величины радиуса изгиба пилы в плоскости наименьшей жесткости при подготовке полотен пил для контроля их начального напряженного состояния.

8. Разработана и рекомендована методика расчета необходимой величины выставки А отжимных направляющих с учетом требуемых условий точности пиления.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Лобанова И.С., Прокофьев Г.Ф. К вопросу расчета формы и размеров световой щели для оценки начального напряженного состояния полосовых пил. //Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Сб. научных трудов. Вып. VIII. Архангельск. - 2002, с.101-105.

2. Лобанова И.С., Прокофьев Г.Ф. Влияние начальных напряжений на жесткость ленточных и рамных пил. //Наука - северному региону. Сб. научных трудов. - Архангельск. - 2002, с. 133-137.

3. Лобанова И.С., Прокофьев Г.Ф. Влияние начальных напряжений на устойчивость рамных пил. //Наука — северному региону. Сб. научных трудов. - Архангельск. - 2002, с.137-140.

4. Лобанова И.С., Лобанов Н.В. Влияние условий опирания ленточных и рамных пил на их начальную жесткость. // Лесн. журн. - 2003. - №1. -с.77-86 - (Известия высших учебных заведении).

не - 9 1 7 О

5. Прокофьев Г.Ф., Лобанова И.С. Влияние вальцевания полосовых пил на их жесткость. // Лесн. журн. — 2003. - №4. — с.70-74.— (Известия высших учебных заведений).

6. Лобанов Н.В., Прокофьев Г.Ф., Лобанова И.С. Жесткость ленточных пил с учетом отжимных направляющих. // Лесн. журн. - 2003. - №6. -с.62-67.- (Известия высших учебных заведений).

7. Лобанова И.С., Прокофьев Г.Ф. Расчет оптимального радиуса изгиба полосовой пилы при оценке начального напряженного состояния. // Лесн. журн. - 2004. - №2. - с.28-32. — (Известия высших учебных заведений).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу: 163002, Россия, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Архангельский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.008.01 Земцовскому А.Е.

Сдано в произв. 28.04.2004. Подписано в печать 28.04.2004. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,25. Заказ № 90. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Архангельского государственного технического университета.

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ 10 ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Деление полосовыми пилами как основной 10 технологический способ лесопиления.

1.2. Анализ факторов и обоснование выбора критериев, 13 определяющих точность пиления.

1.3. Обзор существующих методов повышения жесткости 15 и устойчивости пил.

1.4. Обзор методов оценки начального напряженного 18 состояния и показателей жесткости и устойчивости полосовых пил.

1.5. Выводы и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ 25 СТЕРЖНЕВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ И СОБСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ПОЛОСОВЫХ ПИЛ.

2.1. Стержневая модель изгиба полотна пилы.

2.2. Стержневая модель кручения полотна пилы.

2.3. Обоснование выбора граничных условий и анализ 36 модели при расчете начальной жесткости.

2.4. Методика расчета распределения начальных 45 напряжений на основе построенной модели с учетом повышения собственной жесткости пилы.

2.5. Расчет начальной жесткости полосовой пилы с 50 учетом внутреннего напряженного состояния.

2.6. Способ оценки степени вальцевания полосовых пил.

Перед лесопильной промышленностью стоит задача интенсификации переработки пиловочного сырья на лесопильном оборудовании, которая определяется повышением производительности лесопильных станков, выхода пиломатериалов, надежности работы режущего инструмента, улучшения качества пилопродукции. Основным ограничением производительности лесопильных рам и ленточнопильных станков является точность пиления. В первую очередь показатели точности пиления определяются параметрами жесткости и устойчивости технологической системы, то есть жесткостью станков и жесткостью и устойчивостью режущего инструмента. Жесткость и устойчивость рамных и ленточных пил могут рассматриваться совместно по следующим причинам: методика оценки точности пиления в зависимости от сил резания, жесткости и устойчивости пилы одинакова для рамного и ленточного пиления; рамная и ленточная пилы в зоне резания представляют растянутую стальную полосу, на одной из кромок которой насечены зубья, поэтому методы расчета жесткости и устойчивости для рамной и ленточной пилы не имеют принципиальных различий; средства оценки жесткости и устойчивости рамных и ленточных пил одинаковы. Следует отметить, что реализация общих решений должна осуществляться с учетом особенностей конструкций узлов резания и подачи станков; конструкций пил и условий их подготовки и эксплуатации.

Сведения о современном состоянии вопроса по влиянию отдельных факторов на напряженное состояние, жесткость и устойчивость ленточных и рамных пил содержат материалы исследований следующих авторов: А.Э. Грубе, Хасдан С.М., Р.В. Дерягин, Г.Ф. Прокофьев, А.Е. Феоктистов, И.П. Остроумов, А.А. Настенко, В.И. Юрьев, В.Д.Колобов, В.И. Веселков, A.M. Кузнецов, А.В. Брюквин, Е. Барц (Германия), Е. Байковский (Польша), Б. Тунелл (Швеция), Е.Вюстер (Австрия) и другие. Анализ научно-исследовательских работ и литературных источников показывает, что в решении вопросов эффективного использования ленточнопильных станков и рамных пил большое значение имеет правильная подготовка инструмента, составной частью которой является создание внутреннего напряженного состояния в полотне пилы. Благоприятно распределенные в полотне пилы внутренние напряжения повышают жесткость и устойчивость полосовых пил. Основным способом создания начального напряженного состояния в полотне пилы является вальцевание, то есть прокатка средней части полотна между вальцовочными роликами. За счет этого в средней части полотна возникают напряжения сжатия, а на кромках - напряжения растяжения. Существуют различные рекомендации по увеличению жесткости полосовых пил методом вальцевания. Кроме того, эффективным способом повышения жесткости и устойчивости рамных и ленточных пил является применение направляющих для пил, уменьшающих их свободную длину. Все это позволило сделать вывод об актуальности исследований влияния внутренних напряжений и условий их распределения в полотне пилы на жесткость и устойчивость полосовых пил с учетом таких внешних факторов, как эксцентриситет линии приложения растягивающей силы, действие нормальных и боковых составляющих силы резания, применение направляющих.

Цель работы - совершенствование методов повышения жесткости и устойчивости ленточных и рамных пил с учетом их начального напряженного состояния.

В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи исследований:

1. Оценить влияние различных условий закрепления на расчетную начальную жесткость ленточных и рамных пил; оценить погрешность применения существующих приближенных методов расчета начальной жесткости полосовых пил; определить оптимальный характер распределения внутренних напряжений в полотне пилы с точки зрения повышения жесткости и устойчивости полосовых пил.

2. Разработать методику расчета оптимального радиуса изгиба полосовой пилы для оценки начального напряженного состояния по величине световой щели; определить допускаемые величины световой щели.

3. Разработать методику расчета критических напряжений, при которых происходит потеря устойчивости плоской формы равновесия полотна пилы и определить допускаемые напряжения в полотне пилы.

4. Разработать комплексную модель расчета жесткости полосовых пил, учитывающую установку направляющих, начальное напряженное состояние; наличие эксцентриситета силы натяжения пилы; рабочие нагрузки от сил резания; исследовать влияние величины отжима односторонних направляющих на жесткость ленточных пил в зависимости от режимов пиления.

5. Провести экспериментальные исследования для проверки основных теоретических положений, достоверности разработанных математических моделей.

Новизна исследований и научных результатов.

1. Проведен анализ влияния условий закрепления полотна пилы на расчетную жесткость полосовой пилы; произведена оценка точности существующих приближенных методов расчета начальной жесткости; получены расчетные зависимости начальной жесткости с учетом характера распределения начальных напряжений в полотне пилы.

2. Определен оптимальный характер распределения внутренних напряжений в поперечном сечении пилы с точки зрения повышения жесткости полотна; теоретически исследовано влияние ширины следа вальцевания, числа следов и эксцентриситета следов вальцевания на жесткость и устойчивость ленточных и рамных пил; разработана методика расчета критических напряжений сжатия, при которых полотно пилы теряет устойчивость плоской формы равновесия.

3. Рассчитаны значения оптимальных радиусов изгиба полотен пил, при которых величина световой щели наибольшая. Обоснованы рекомендации по применению величины радиуса изгиба пилы в плоскости наименьшей жесткости для определения ее внутреннего напряженного состояния. Определены предельные значения величины световой щели и ее форма при изгибе пилы по оптимальному радиусу из условий сохранения плоской формы равновесия полотна.

4. Разработаны модели расчета жесткости полосовых пил при различных условиях закрепления полотна в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости; с учетом установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения, внутреннего напряженного состояния, действия боковой и нормальной силы, распределенными по высоте пропила.

5. Получены расчетные зависимости величины выставки отжимных направляющих ленточных пил.

6. Разработан и научно обоснован жесткостной метод оценки начального напряженного состояния рамных пил при подготовке полотен пил.

Теоретические исследования выполнены с использованием теории стержней и тонких пластин, теории дифференциальных уравнений, метода конечных элементов; расчеты выполнялись с использованием программных комплексов MapleV 6, ANSYS у. 5.5.3 ED. ^

Экспериментальные исследования для проверки достоверности разработанных математических моделей выполнены на специально созданных экспериментальных установках.

На защиту выносятся:

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований жесткости и устойчивости ленточных и рамных пил с учетом их внутреннего напряженного состояния.

• Методики расчета собственной жесткости и устойчивости полосовых пил с учетом внутреннего напряженного состояния.

• Модель расчета жесткости полосовых пил при различных условиях закрепления полотна пилы в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости с учетом установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения, внутреннего напряженного состояния, действия распределенных боковой и нормальной силы.

Разработка и научное обоснование способа оценки начального напряженного состояния рамных пил, основанного на изменении, жесткости на кручение пильного полотна при создании в нем внутренних напряжений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основании анализа результатов исследований и аналитических решений дифференциальных уравнений, описывающих црогибы полотна натянутой полосовой пилы, получены формулы для расчета прогиба пилы и начальной жесткости соответственно с учетом внутреннего напряженного состояния: а) для шарнирно-опертой на концах пилы Л

Q-1

4-N 1k-l

Qb2-l

16-C 1 1 2 p-l I к2

4-N

N E-I k-l b2-l

16-C 2 p-l где

CI = E's3'bS , С = Nr2 + GId, p2 °

144

С, б) для жестко защемленной на концах пилы

Q-1

4-N f

1-v I-к

4 Л Q-b2-l

16-C

1 — 4

I'P.

J„

4-N 14 l-k b2-l

16-C 1V l-p) и в упрощенном варианте, рекомендуемом для инженерных расчетов (погрешность применения этой формулы для реальных параметров ленточных и рамных пил не превышает 12%): 1

3» I

Ъ2-1

4-N 16-С

2. Получены расчетные критерии, определяющие погрешность расчета при переходе от шарнирного опирания к жесткому защемлению, позволяющие решить вопрос о необходимости учета реальных условии закрепления при определении технологических параметров пиления:

2 \E-IZ 2 = J--—; рациональных

С, 2

E-s3-V 2

144-(N-г +G-Id) I k-l V N I р-l М С I ]1

3. На основе разработанных стержневых моделей произведена оценка погрешности существующих приближенных формул расчета [55] начальной жесткости, которая составляет не более 8,5% во всем диапазоне изменения параметров ленточных и рамных пил.

4. Установлено, что с точки зрения максимального повышения собственной жесткости пилы распределение внутренних напряжений в поперечном сечении полотна пилы должно быть описано законом при

Ъ< < с <z< — 2 2 сг с с при--< —

2 2 с< <Ь при —<z< — 2 2

Наличие остаточных напряжений, распределенных по данному закону, существенно повышает начальную жесткость ленточных пил (до 55%); на начальную жесткость рамных пил оказывает не такое большое влияние (до 20%); наибольший эффект от создания остаточных напряжений достигается при малых натяжениях (менее 5кН) и малых свободных длинах пил (менее 500 мм).

5. Получены расчетные критерии для определения жесткости от вальцевания при одном симметричном следе вальцевания

С. =

Ъ2 ' s • с 12 i=i b-c.

О"

ГЪ2-с2 12 и при произвольном числе следов: \

6. На основании анализа моделей при различных условиях закрепления установлено: при относительно малых свободных длинах (менее 500 мм) и силах натяжения (менее 5 кН) или при относительно большой толщине и ширине полотен полосовых пил различие в значениях начальной жесткости при защемлении концов пилы и их шарнирном опирании может достигать 20 % и более.

7. Для рамных пил рекомендуется степень вальцевания оценивать измерением и последующим сравнением собственной жесткости на кручение невальцованной и вальцованной пилы. На основе этого разработан, научно обоснован и экспериментально проверен жесткостной способ оценки начального напряженного состояния рамных пил.

8. Разработана методика, позволяющая рассчитывать критические напряжения сжатия для любых геометрических размеров полотен пил и для любых режимов вальцевания; получены значения предельных напряжений сжатия и напряжений растяжения в зависимости от ширины и толщины полотна пилы, ширины следа и числа следов вальцевания.

9. Установлено, что величина оптимального радиуса изгиба пилы, при котором величина световой щели принимает максимальное значение, не зависит от начального напряженного состояния (степени вальцевания) полотна пилы, величина оптимального радиуса зависит только от толщины и ширины пилы. Получены величины оптимальных радиусов для основных типоразмеров рамных и ленточных пил.

10.Рекомендовано контроль напряженного состояния полотна пилы производить при изгибе пилы по радиусу, равному или близкому к оптимальному, так как абсолютное значение стрелы прогиба при оптимальном радиусе изгиба пилы увеличивается, следовательно, уменьшается относительное влияние ошибок измерений, связанных с дефектами формы полотна пилы и погрешностями измерения. Рекомендуется принять радиус изгиба полотна i?=1500 для рамных пил, имеющих толщины 2,0. .2,5 мм и ширины полотен 100. 160 мм, мм; для делительных ленточных пил, имеющих толщины 1,0.1,2 мм и ширины полотен 100. 120 мм, рекомендуется принять радиус изгиба пилы i?=1750 мм; для ленточных пил, предназначенных для распиловки бревен и брусьев, имеющих толщины 1,6.2,0 мм и ширины полотен 160.200 мм, рекомендуется принять радиус изгиба пилы jR=2500 мм.

11.Разработана методика расчета формы и величины световой щели. Из анализа полученных решений следует, что форма световой щели при различных законах распределения внутренних напряжений различна. Получены предельно допустимые значения величины световой щели при изгибе полотен пил по оптимальному радиусу. Установлено, что предельная величина световой щели fnped при изгибе пилы по оптимальному радиусу не зависит от ширины следа вальцевания, от числа следов вальцевания, от смещения следов вальцевания, слабо зависит от ширины пилы; а зависит только от толщины пилы при условии сохранения стпред=0,85акр для каждого конкретного вида распределения начальных напряжений.

12.Установлено, что с точки зрения повышения жесткости пилы и величины световой щели наиболее благоприятным является вальцевание по одному следу, при этом чем уже след и больше прикладываемое в процессе вальцевания усилие, тем больше приращение жесткости на кручение и величина световой щели при прочих равных условиях (при одинаковой площади эпюры сжимающих напряжений и одинаковой величине растягивающих напряжений на кромках пилы); с точки зрения повышения устойчивости пилы наиболее благоприятным является вальцевание по нескольким следам, но число следов при этом ограничивается условиями жесткости полосовых пил.

13.С увеличением эксцентриситета следов вальцевания уменьшается приращение жесткости на кручение. Для ленточной пилы увеличение эксцентриситета следов вальцевания более 0,15 нецелесообразно с позиции достижения правильной формы [66] поперечного прогиба полотна с радиусом, равным радиусу шкивов.

14. Экспериментальная проверка величины оптимального радиуса изгиба пил в плоскости наименьшей жесткости на специально разработанной в АГТУ лабораторной установке подтвердила полученные расчетные данные.

15. Произведена оценка погрешности применения стержневой модели для расчета начальной жесткости полосовых пил. Применение стержневой модели при расчете статической жесткости с увеличением толщины полотна пилы, уменьшением расстояния межд^ направляющими, уменьшением силы натяжения, уменьшением ширины полотна и увеличением нормальной силы приводит к погрешности расчета до 50% и более. Кроме того, стержневая модель завышает влияние ширины пилы на ее начальную жесткость, в том числе и в случае распределенной боковой силы. Погрешность зависит от длины / , по которой распределена боковая сила Q, при этом наибольшая погрешность получается при сосредоточенной боковой силе. Влияние эксцентриситета силы натяжения и влияние вальцевания на жесткость полотна пилы оценивается примерно одинаково по стержневой и пластинчатой модели.

16.Установлено, что зависимость рабочей жесткости полосовых пил от нормальной составляющей силы резания имеет характер, близкий к линейному.

17.Расчеты показывают, что величина эксцентриситета силы натяжения, при котором достигается наибольшая рабочая жесткость пилы, не зависит от принятых в модели расчета условий закрепления и геометрических размеров полотна пилы, но зависит от степени вальцевания и нормальной составляющей силы резания. 18.Установлено, что до определенного предельного бокового отклонения упред жесткость ленточной пилы с отжимными направляющими при приложении боковой силы Q с разных сторон пилы не зависит от величины выставки направляющих А; предельная величина бокового отклонения пилы у д не зависит от режимов пиления, а зависит от величины выставки отжимных направляющих. Получена формула расчета величины выставки направляющих:

А =

ГТ Л \i .

Упред

19.Рекомендована разработанная методика расчета требуемой величины выставки А отжимных направляющих с учетом точности пиления; полученные результаты могут быть использованы при модернизации ленточнопильных станков с использованием отжимных направляющих и при расчете режимов пиления на ленточнопильных станках с ограничением по точности пиления.

20. Экспериментально проверены на специально разработанной в Севмашвтузе и АГТУ лабораторной установке основные положения разработанных математических моделей расчета жесткости полосовых пил с учетом начального напряженного состояния. Погрешность при сравнении теоретических и экспериментальных значений собственной жесткости рамных полотен пил не превышает 12%.

1. Агапов А.И. Оптимизация толщины рамных пил // Деревообрабатывающая промышленность. 1989. - №7. - с.3-4.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука. - 1976. -280 с.

3. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов / Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982 - 448 с.

4. Берлин Э.П. О методах повышения устойчивости ленточных пил.// Научные труды //ЦНИИМОД. 1968. - Вып.22,- С.119-123.

5. Берштейн М.С. Теорема о работе внешних сил на конечных перемещениях и ее применение к задачам об устойчивости упругого равновесия. // Расчет пространственных конструкций. М., 1962. -ВЫП.7.-С.281.-292.

6. Бершадский А.Л. Резание древесины.- М.-Л.-: Гослесбумиздат, 1958.328 с.

7. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины.- Минск: Вышейшая школа, 1975. 303 с.

8. Богданов Е.А., Остроумов И.П. Подготовка и эксплуатация рамных пил. М.: Лесная промышленность.- 1986.-160 с.

9. Брюквин А.В. Динамическая модель колебаний дереворежущих ленточных пил. // Автореф. канд. диссертации. МГУЛ. 1994.

10. Веселков В.И. Теория и конструкции ленточнопильных станков // Учебное пособие. Архангельск.: АЛТИ, 1992. - 84 с.

11. Веселков В.И. Исследование условий деформирования напряженного состояния делительных ленточных пил методом вальцевания. // Автореф. канд. диссертации. Ленинград. ЛЛА. - 1971. - 31 с.

12. Веселкова Б.А. Исследование и разработка рекомендаций по повышению работоспособности ленточных пил. // Автореф. канд. диссертации. Ленинград. ЛЛА. - 1978. - 16 с.

13. Власов В.П., Жернокуй М.А., Кузнецов А-М. Технологические режимы. РИ 05-00. Подготовка ленточных пил для распиловки бревен и брусьев. СибНИИЛП. Красноярск.- 1980. 108 с.

14. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.- 428 с.

15. ГОСТ 6532-77 Пилы ленточные для распиловки древесины. Технические условия. Введ.01.07.78.

16. ГОСТ 24771-81 Станки ленточнопильные делительные для продольной распиловки досок и горбылей. Нормы точности. Введ. 01-.03.82.

17. ГОСТ 7035 -75 Станки металлорежущие и деревообрабатывающие. Общие условия испытаний станков на жесткость (Г89).

18. ГОСТ 26002-83. Пиломатериалы хвойных пород северной сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия. Введен с 01.01.85. — М.: Изд-во стандартов, 1985. 33 с.

19. ГОСТ 6782.1-75. Пилопродукция из древесины хвойных пород. Величина усушки. Введен с 01.07.76. -М.: Изд-во стандартов. 1980 -10 с.

20. Грубе А,Э. Дереворежущие инструменты.- М.: Лесная промышленность.- 1971.- 344 с.

21. Дерягин Р.В. Исследование условий создания нормированных начальных напряжений в полотнах рамных пил. // Автореф. канд. диссертации. Ленинград. ЛЛА. 1969.

22. Дерягин Р.В. Расчетный метод построения эпюры остаточных напряжений в вальцованных рамных пилах. // Труды ЦНИИМОД. 1969 - вып. 24, т.2.

23. Дерягин Р.В. О динамической устойчивости рамных пил. С.89-94

24. Дерягин Р.В. Об эксцентриситете линии натяжения рамных пил // Науч. тр./ЦНИИМОД.- 1968.-вып.22.-с.114-118.

25. Доннелл Л.Г. Балки, пластины и оболочки, М.: Наука, 1982. — 538 с.

26. Дьяконов В. П. Maple 7: Учебный курс. СПб.: Изд-во «Питер Бук». -2002. - 672 с.

27. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ.-М.: Мир. 1986.-318 с.

28. Иванкин И.И. Определение основных эксплуатационных показателей делительного ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Архангельск - 2001. - 146 с.

29. Ивановский Е.Г. Резание древесины.- М.: Лесная промышленность.-1974.-200 с.

30. Колобов В.Д. Рамные пилы и их эксплуатация. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1959. — 147 с.

31. Конструкции, настройка и эксплуатация оборудования для подготовки и заточки дереворежущего инструмента. Под ред. Д.С.Рожкова. М.: Лесная промышленность.-1978.- 248 с.

32. Кузнецов A.M. Теоретическое и экспериментальное исследование условий, обеспечивающих устойчивость ленточных пил. // Автореф. канд. диссертации. Ленинград, 1968.- 23 с.

33. Лапин П.И. Подготовка и эксплуатация режущего инструмента лесопильных предприятий.- М.: Лесная промышленность, 1978. — 159 с.

34. Лапин П.И. Факторы, влияющие на устойчивость рамных пил // Лесная промышленность. 1951. - №2.- С.18-23.

35. Лейхтлинг К.А. Повышение устойчивости пил в пильной рамке // Деревообрабатывающая промышленность. 1975. - №4. - с.5-6.

36. Лобанова И.С., Лобанов Н.В. Влияние условий опирания ленточных и рамных пил на их начальную жесткость // Лесн. журн. 2003. - №1. -С.77-86 - (Известия высших учебных заведений).

37. Лобанова И.С., Прокофьев Г.Ф. Расчет оптимального радиуса изгиба полосовой пилы при оценке начального напряженного состояния // Лесной журнал. 2004. - №2 (Известия высших учебных заведений).

38. Лобанов Н.В., Прокофьев Г.Ф., Лобанова И.С. Жесткость ленточных пил с учетом отжимных направляющих // Лесной журнал. 2003. - №6. — с.62-67. (Известия высших учебных заведений).

39. Математическая теория планирования эксперимента // Под ред. С.М.Ермакова. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1983.- 392 с.

40. Михайлов В.П. Дифференциальные уравнения в частных производных.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1983.- 424 с.

41. Настенко А.А. Подготовка ленточных пил. М.: Лесная промышленность.- 1989. - 152 с.

42. Настенко А.А., Веселков В.И. Технологические режимы. РИ 04-00. Подготовка делительных ленточных пил. ЦНИИМОД. Архангельск.-1976. 67 с.

43. Новосельцев В.П., Селезнев А.Ф. Влияние изменения силы натяжения на динамическую устойчивость рамных и ленточных пил. // Лесн. журн. -1974. №6. - С.75-78. - (Известия высших учебных заведений).

44. Остроумов И.П., Дерягин Р.В. Резервы роста производительности рамного пиления // Межвуз. сб. науч. трудов ЛЛТА им. Кирова 1979.-Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. - с. 12-15.

45. Остроумов И.П. Резервы повышения эффективности рамного пиления // Деревообрабатывающая промышленность. 1989. - №7. - с. 1-2.

46. Остроумов И.П., Богданов Е.А. Концентрация напряжений в рамных пилах. // Лесн. журн. 1978 - №3 - С.152-156 - (Известия высших учебных заведений).

47. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. М.:Наука.-1979.-384 с.

48. Прокофьев Г.Ф. Технологические режимы. РПИ 6.1-00. ЦНИИМОД. Подготовка рамных пил. Архангельск. 1987.- 40 с.

49. Прокофьев Г.Ф. Устойчивость рамных пил // Лесн. журн. 1970. - №6. -С.81 -85 — (Известия высших учебных заведений).

50. Прокофьев Г.Ф. Точность пиления древесины рамными и ленточными пилами // Лесн. журн. 1996. - №6. - С.74-80 - (Известия высших учебных заведений).

51. Прокофьев Г.Ф. Пути повышения эффективности рамного пиления. Обзорн. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1982. - 32 с.

52. Прокофьев Г.Ф. Пути повышения эффективности пиления древесины ленточными пилами. Обзорн. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1985. -32 с.

53. Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами. М.: Лесная промышленность, 1990. - 226 с.

54. Прокофьев Г.Ф., Иванкин И.И. Теоретические исследования начальной жесткости ленточных и рамных пил // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Сб. науч. трудов/ АГТУ. 1997. -Вып.З. - С.20-24.

55. Прокофьев Г.Ф., Иванкин И.И., Дундин Н.И. Исследование начальной жесткости полосовых пил // Лесн. журн. 2001. - №3. - С.88-95 -(Известия высших учебных заведений).

56. Прокофьев Г.Ф., Лобанова И.С. Влияние вальцевания полосовых пил на их жесткость // Лесн. журн. 2003. - №4. - С.70-74 - (Известия высших учебных заведений).

57. Прокофьев Г.Ф., Ходерян Б.А. Начальный изгиб ленточной пилы в зоне резания // Лесн. журн. 1985. - №4. - с.125-127 - (Известия высших учебных заведений).

58. Прокофьев Г.Ф., Ходерян Б.А., Ершов С.В. Начальная жесткость полосовых пил // ЦНИИМОД. Архангельск, 1985. - 23 с. - Деп. во ВНИПИЭИлеспроме 17.06.81 № 1589 л.б.

59. Прочность, устойчивость, колебания. Т1. Под ред. И.А.Биргера и Я.Г.Пановко. М.: Машиностроение. 1968. - 832 с.

60. Прочность, устойчивость, колебания. Т2. Под ред. И.А.Биргера и Я.Г.Пановко. М.: Машиностроение. 1968. - 464 с.

61. Прочность, устойчивость, колебания. ТЗ. Под ред. И.А.Биргера и Я.Г.Пановко. М.: Машиностроение. 1968. - 568 с.

62. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз. 1962.- 456 с.

63. Санев В.И., Варакин М.Ю. К вопросу об устойчивости ленточных пил // Машины и инструменты деревообрабатывающих производств. ЛЛТА. -1980. вып.7 - с.30-33.

64. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов, т.2. М.: Наука, 1965. -480 с.

65. Тимошенко СЛ., Гудьер Дж. Теория упругости: Пер. с англ. /Под ред. Г.С. Шапиро. 2-е изд.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1979.- 560 с.

66. Феоктистов А.Е. Ленточнопильные станки. М.: Лесная промышленность.-1976.- 152 с.

67. Феоктистов А.Е. Подготовка ленточных пил к работе. М.: Лесная промышленность.-1971.- 72 с.

68. Феоктистов А.Е. Устойчивость пильной ленты при воздействии на нее усилия подачи // Лесн. журн. 1960. - №3.- С.95-106. - (Известия высших учебных заведений).

69. Филашов В.М. К расчету на поперечную устойчивость продольно-натянутых пластин. // Лесн. журн. 1976. - №5. - С. 147-151. - (Известия высших учебных заведений).

70. Хасдан С.М. Пособие для рабочего лесопильной рамы. М.: Лесная промышленность.-1966.- 88 с.

71. Хасдан С.М. Устойчивость рамных пил. М. -Л.: Гослесбумиздат, 1960. -50 с.

72. Храковский А.И. Оптимизация процесса продольного пиления древесины широкими ленточными пилами. // Автореф. канд. диссертации. МЛТИ. 1983.

73. Юрченко С.К., Брюквин А.В. Теоретическое исследование влияния различных конструктивных параметров на устойчивость ленточных пил. // Лесн. журн. 1991. - №4. - С.67-71 - (Известия высших учебных заведений).

74. Юрьев Ю.И. О вальцовке рамных пил. // Лесн. журн. 1959. - №4. -(Известия высших учебных заведений).

75. Юрьев Ю.И. Влияние вальцовки на механические свойства рамных пил. И Лесн. журн. 1960. - №2. (Известия высших учебных заведений).

76. Юрьев Ю.И., Веселков В.И. О характере влияния вальцевания на жесткость ленточных пил. Труды АЛТИ. Исследование технологии и оборудования лесопильно-деревообрабатывающих производств, 1971, вып.27.

77. Thunell В. Dimensional Accuracy in Sawing // Svenska Traforskning Instituted- 1975. Serie B. - № 109.- 17 s.

78. Wuster E. Die Berechnung der Reckvorspannungen in Gatter und Bandsageblattern // Holz als Roh - und Werkstoff. - 1966. - №4 - sЛ 34-143.